张荣、王洪江、贾海英、杨媛、孙博、杨凯、高俊峰、高川、战略支援部队特色医学中心、研究部、特勤健康中心、航天临床医学科、神舟医疗队
新型在轨监测方法的出现为在轨航天员的监测研究带来了重大突破。在这一方法中，通过使用便携式手持式双光子显微镜Portabl Handheld Two-Photon Microscope，实现了对在轨航天员在体皮肤细胞的三维影像Non-Invasive Skin lmaging获取。
便携式手持式双光子显微镜是一种将精锐的光学显微镜技术、先进的光电转换技术、液晶屏幕技术完美地结合在一起而开发研制成功的一项高科技产品。它具有体积小、易携带等特点，可以将显微镜看到的实物图像通过数模转换，使其成像在显微镜自带的屏幕上或计算机上。
双光子显微镜是一种结合了激光扫描共聚焦显微镜和双光子激发技术的新型显微镜。它的主要特点在于能够使用高能量锁模脉冲激光器进行双光子激发，从而实现对深层组织的无损伤成像。
双光子激发的基本原理是，在高光子密度的情况下，荧光分子可以同时吸收两个长波长的光子，然后经过一个短暂的激发态寿命后，发射出一个波长较短的光子。这种过程与使用一个波长为长波长一半的光子去激发荧光分子具有相同的效果。
由于双光子激发需要很高的光子密度，为了不损伤细胞，双光子显微镜采用了高能量锁模脉冲激光器。这种激光器发出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量，其脉冲宽度只有100飞秒，而其频率可以达到80至100兆赫。这种激光器可以确保只有焦平面内的荧光分子被激发，而焦平面外的荧光分子则不会被激发，从而使更多的激发光能够穿透更深的标本。
此外，新型的双光子显微镜还配备了超高灵敏度的直接探测器，能够记录组织深层最细微的内部结构。多达7个的外置通道以及光谱拆分软件充分支持多色的多光子实验。再结合高速12kHz扫描头和最大扫描视野，将轴向位移减至最小，有效地收集来自深层组织的微弱光子，使图像更明亮，将对标本的光毒性减至最小。
2023年2月，神舟十五号航天员乘组使用由中国自主研制的空间站双光子显微镜开展在轨验证实验任务并取得成功，这进一步证明了双光子显微镜在生命科学研究和医学诊断等领域的应用潜力。
总的来说，双光子显微镜是一种具有很高应用价值的显微镜技术，它能够实现对深层组织的无损伤成像，具有极高的灵敏度和分辨率，对于生命科学研究和医学诊断等领域的发展具有重要意义。便携式手持式双光子显微镜可用于在动物自然行为条件下长时程观察外周皮肤和中枢神经突触、神经元、神经网络、远程连接等多尺度、多层次动态变化。在太空医学领域，它可以对在轨航天员进行在体皮肤细胞三维影像监测，从细胞分子水平开展在轨监测研究。
这种监测方法的意义在于，它从细胞分子水平上开展在轨监测研究。细胞是生命的基本单位，从细胞分子水平进行监测可以提供更深入、更精细的信息。
具体来说，这种方法有以下几个重要特点和优势：
- 非侵入性：不需要对航天员进行侵入性操作，减少了对身体的伤害和风险。
- 实时性：能够实时获取皮肤细胞的三维影像，及时了解航天员身体状况的变化。
- 高分辨率：提供高分辨率的影像，使得对细胞和分子的观察更加清晰和准确。
- 便携式：采用手持式设计，方便在在轨环境中使用。
- 全面性：从细胞分子水平进行监测，能够全面了解身体的生理和病理变化。
通过这种新型在轨监测方法，研究人员可以：
- 监测航天员的健康状况：及时发现潜在的健康问题，为保障航天员的身体健康提供依据。
- 研究太空环境对人体的影响：了解太空环境对皮肤细胞和分子的影响，为应对太空环境对人体的挑战提供科学依据。
- 促进航天医学的发展：推动航天医学领域的技术创新和理论研究。
- 提高航天任务的安全性：确保航天员在太空任务中的安全，保障航天任务的顺利进行。
然而，这种新型在轨监测方法也面临一些挑战和问题：
- 技术难度高：需要先进的显微镜技术和数据分析方法。
- 操作复杂：对操作人员的技能和经验要求较高。
- 数据处理量大：需要高效的数据处理和分析方法。
- 设备可靠性：在太空环境中，设备的可靠性和稳定性至关重要。
为了更好地应用这种新型在轨监测方法，需要以下措施：
- 加强技术研发：不断提高技术水平，降低技术难度。
- 培训专业人员：确保操作人员具备足够的技能和经验。
- 优化数据处理方法：提高数据处理的效率和准确性。
- 保障设备可靠性：采取有效的措施确保设备在太空环境中的正常运行。
总之，新型在轨监测方法的应用为在轨航天员的监测研究提供了新的手段和方法，具有重要的科学和实际意义。虽然面临一些挑战，但通过不断的技术创新和措施改进，相信这种方法将在航天领域发挥越来越重要的作用。
